一种等离子体断路开关及脉冲功率负载制造技术

本发明专利技术属于断路开关，为解决目前POS开关在工作过程中需要与装置主脉冲到达时间准确同步、需要根据负载波形对等离子体密度进行调整，以及需要进行经常性清理，增加了运行和维护成本的技术问题，提供一种等离子体断路开关及脉冲功率负载，包括负高压的阴极内导体和接地的阳极外导体，阳极外导体同轴套设于内导体外部，阴极内导体和阳极外导体之间留有间隙，形成环形空腔，其特征在于：还包括微米级的金属件，阴极内导体和阳极外导体之间通过金属件相连，金属件位于环形空腔内。金属件位于环形空腔内。金属件位于环形空腔内。

【技术实现步骤摘要】
一种等离子体断路开关及脉冲功率负载


[0001]本专利技术属于断路开关，具体涉及一种等离子体断路开关及脉冲功率负载。

技术介绍

[0002]作为电感储能型脉冲功率装置的关键部件之一，等离子体断路开关(Plasma Opening Switch，简称POS)具有导通电流大、导通时间可调和断路电压高、速度快等特点。
[0003]典型的POS结构为图1所示的同轴结构，内导体01为阴极，外导体02为阳极，其具体工作过程为：由电容开关组成的放电回路驱动等离子体枪04先向阴阳极之间的间隙内喷射等离子体03，当间隙内等离子体03达到一定密度后(一般为10
12
cm
‑3‑
10
16
cm
‑3)，装置的主脉冲注入到POS开关上，由于等离子体具有良好的导电性，电流完全通过POS开关，随着电流增大，POS阻抗迅速增大并在短时间内发生断路，继而在负载05上得到高幅值和快前沿的脉冲电压输出。
[0004]POS开关的工作原理要求开关在工作过程中，与装置主脉冲到达时间具有准确的时间同步，同时，为保证有效断路，须根据负载05波形需求对等离子体03的密度进行调整，另外，受等离子体03喷溅的影响，还须对开关进行经常性清理，以防止内导体01和外导体02异常放电引起POS开关短路，这些要求无疑增加了装置的运行和维护成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决目前POS开关在工作过程中需要与装置主脉冲到达时间准确同步、需要根据负载波形对等离子体密度进行调整，以及需要进行经常性清理，增加了运行和维护成本的技术问题，提供一种等离子体断路开关及脉冲功率负载。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种等离子体断路开关，包括负高压的阴极内导体和接地的阳极外导体，所述阳极外导体同轴套设于内导体外部，阴极内导体和阳极外导体之间留有间隙，形成环形空腔；其特殊之处在于，还包括微米级的金属件；
[0008]所述阴极内导体和所述阳极外导体之间通过金属件相连，金属件位于环形空腔内。
[0009]进一步地，所述金属件采用厚度为微米级的金属膜。
[0010]进一步地，所述金属膜位于阴极内导体一侧的厚度小于位于阳极外导体一侧的厚度。
[0011]进一步地，所述金属件采用直径为微米级的金属丝。
[0012]进一步地，所述阴极内导体包括同轴连接的第一阴极内导体段和第二阴极内导体段；
[0013]所述阳极外导体包括同轴连接的第一阳极外导体段和第二阳极外导体段；
[0014]所述第一阴极内导体段和第二阴极内导体段的接缝处，与所述第一阳极外导体段和第二阳极外导体段的接缝处位于轴向相同位置；
[0015]所述金属件一侧连接于第一阴极内导体段和第二阴极内导体段的接缝处，另一侧连接于第一阳极外导体段和第二阳极外导体段的接缝处。
[0016]进一步地，所述第一阴极内导体段呈中空结构，所述第二阴极内导体段朝向第一阴极内导体段的端面设有插接凸台，所述插接凸台插接于第一阴极内导体段的中空部分内，使得第一阴极内导体段的端面与第二阴极内导体段位于插接凸台外侧的端面相贴合，所述金属件的一侧压紧于该贴合处。
[0017]进一步地，所述第一阳极外导体段沿其外表面周向设有第一连接凸台；
[0018]所述第二阳极外导体段沿其外表面周向设有第二连接凸台；
[0019]所述第一连接凸台和第二连接凸台相贴合，并固定连接。
[0020]本专利技术还提供了一种脉冲功率负载，包括阳极靶和二极管阴极，其特殊之处在于，还包括上述等离子体断路开关；
[0021]所述阴极内导体与二极管阴极相连；
[0022]所述阳极外导体与所述阳极靶相连。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0024]1.本专利技术中设计的等离子体断路开关可用于大型脉冲功率装置驱动二极管负载的试验中，通过调整开关参数，如金属膜材料、厚度，或金属丝材料、直径和数量，借助脉冲功率装置自身注入脉冲驱动开关实现断路，同时，在二极管端获得幅值高、快前沿的电压波形。
[0025]2.本专利技术与传统等离子体断路开关相比，减少了繁复的控制和电气系统，避免了等离子体枪喷射和装置主脉冲间的时间同步设定，以及等离子体密度调控等诸多复杂问题，操作便捷，易于调控。
[0026]3.本专利技术中阴极内导体和阳极外导体均为分体式结构，并借助其各自分体式结构的连接处压紧金属丝或金属膜，结构简单可靠，且便于拆卸安装。
[0027]4.本专利技术中采用微米级金属膜或金属丝，能够有效防止因金属膜过厚或者因金属丝直径过大，导致电流的洛伦兹力不足以驱动其完成后续断路。
附图说明
[0028]图1为
技术介绍
中典型POS结构的示意图；
[0029]其中，01
‑
内导体、02
‑
外导体、03
‑
等离子体、04
‑
等离子体枪、05
‑
负载；
[0030]图2为本专利技术实施例一的结构示意图；
[0031]图3为本专利技术实施例中等离子体断路开关采用金属膜的脉冲功率负载示意图；
[0032]图4为本专利技术等离子体断路开关注入脉冲到达开关位置的电流示意图；
[0033]图5为本专利技术等离子体断路开关断路后的电流示意图；
[0034]图6为本专利技术等离子体断路开关断路前后的电流波形示意图。
[0035]其中，1
‑
阴极内导体、101
‑
第一阴极内导体段、102
‑
第二阴极内导体段、103
‑
插接凸台、2
‑
阳极外导体、201
‑
第一阳极外导体段、202
‑
第二阳极外导体段、203
‑
第一连接凸台、204
‑
第二连接凸台、3
‑
金属件、4
‑
阳极外导体、5
‑
阳极靶、6
‑
二极管阴极、7
‑
罗氏线圈、8
‑
微分环。
具体实施方式
[0036]下面将结合本专利技术的实施例和附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本专利技术的限制。
[0037]本专利技术提出了一种自适应型等离子体断路开关，能够利用电感储能型脉冲功率装置注入的脉冲驱动开关发生断路，操作便捷且易于实现。
[0038]实施例一
[0039]如图2所示是本专利技术的一种等离子体断路开关，包括由阴极内导体1和阳极外导体2组成的同轴传输线，以及微米级的金属件3，金属件3采用厚度为微米级的金属膜。同轴传输线中的阴极内导体1为负高压，阳极外导体2接地，阳极外导体2同轴套设于内导体1外部，阴极内导体1和阳极外导体2之间留有间隙，该间隙形成环形空腔4，阴极内导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子体断路开关，包括负高压的阴极内导体(1)和接地的阳极外导体(2)，所述阳极外导体(2)同轴套设于内导体(1)外部，阴极内导体(1)和阳极外导体(2)之间留有间隙，形成环形空腔(4)；其特征在于：还包括微米级的金属件(3)；所述阴极内导体(1)和所述阳极外导体(2)之间通过金属件(3)相连，金属件(3)位于环形空腔(4)内。2.如权利要求1所述一种等离子体断路开关，其特征在于：所述金属件(3)采用厚度为微米级的金属膜。3.如权利要求2所述一种等离子体断路开关，其特征在于：所述金属膜位于阴极内导体(1)一侧的厚度小于位于阳极外导体(2)一侧的厚度。4.如权利要求1所述一种等离子体断路开关，其特征在于：所述金属件(3)采用直径为微米级的金属丝。5.如权利要求1至4任一所述一种等离子体断路开关，其特征在于：所述阴极内导体(1)包括同轴连接的第一阴极内导体段(101)和第二阴极内导体段(102)；所述阳极外导体(2)包括同轴连接的第一阳极外导体段(201)和第二阳极外导体段(202)；所述第一阴极内导体段(101)和第二阴极内导体段(102)的接缝处，与所述第一阳极外导体段(201)和第二阳极外导体段(202)的接缝处位于轴向相同位...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙江，张金海，胡杨，蔡丹，赵博文，罗维熙，孙铁平，孙剑锋，呼义翔，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：